قد يجعل هذا المكوّن الموجود في معجون الأسنان بطاريات سيارتك الكهربائية تدوم لفترة أطول

إذا تحدثت عن الفلور، فمن المؤكد أن أول ما يخطر ببالك هو معجون الأسنان. فعلاً، يُستخرج هذا العنصر الكيميائي من معالجة معدن الفلورايت، ويُستخدم في تصنيع معجون الأسنان للمساعدة في الوقاية من التسوس. لكنه ليس استخدامه الوحيد: فالفلور يُستخدم أيضاً، على سبيل المثال، في تنقية المياه، وفي تصنيع المخدّرات الموضعية، وفي أنظمة الإضاءة، وفي بناء أنظمة التبريد… وقد يصبح قريباً عنصراً أساسياً في تصنيع بطاريات السيارات الكهربائية.

تعود القصة كلها إلى بحث أجرته شعبة العلوم الكيميائية والهندسة في مختبر أرغون الوطني، وهو أول مختبر وطني للبحث في العلوم والهندسة في الولايات المتحدة، ومقره في إلينوي. وهنا، اكتشف الباحثون تطبيقاً لنفس الفلور الذي يحمي مينا أسنانك، يجعل بطاريات السيارات الكهربائية تدوم أطول بكثير.

كيف تعمل بطارية الليثيوم

ولفهم ما يمكن أن يفعله الفلور عند تطبيقه في تصنيع البطاريات، دعونا نستعرض كيفية عمل بطارية الليثيوم. تحتوي جميعها على العناصر التالية: الأنود أو القطب السالب، والكاثود أو القطب الموجب، والإلكتروليت، الذي يعمل كفاصل بين القطبين السابقين ويسمح بتدفق أيونات الليثيوم من الأنود إلى الكاثود، مما يُنتج فرق جهد يولّد التيار الكهربائي.

وفي السعي المستمر إلى كيمياء بديلة تتيح تصنيع بطاريات ذات كثافة طاقة أعلى، يبدو أن الحل يكمن في البطاريات ذات الأنودات المصنوعة من فلز الليثيوم بدلاً من الغرافيت المعتاد؛ ففي هذه البطاريات يتكون الكاثود من أكسيد فلزي يحتوي عادة على النيكل والكوبالت والمنغنيز. لكن المشكلة أن كثافة الطاقة الكبيرة التي توفرها هذا النوع من البطاريات تتناقص بسرعة مع تكرار عمليات الشحن والتفريغ، إذ يتدهور الأنود نتيجة المذيبات والأملاح الموجودة في الإلكتروليتات.

الفلور ضد التسوس… ولحماية أنود البطارية

ما اكتشفه باحثو أرغون هو أن استبدال ذرات الهيدروجين في الإلكتروليت بمكونات تحتوي على الفلور يحسّن أداء البطارية الداخلي بشكل ملحوظ، إذ يُشكّل طبقة واقية على الأقطاب تسمح بزيادة عدد دورات الشحن والتفريغ مع الحفاظ على أداء عالٍ، وبالتالي إطالة عمرها. وتحديداً، يُستخدم مذيب جديد مُفلور يتكون من أيونات موجبة وسالبة.

وحتى الآن، تكشف المحاكاة التي أُجريت على حاسوب فائق القدرة أن المكوّن المُفلور يلتصق ويتراكم على أسطح الأنود والكاثود أثناء دورات الشحن والتفريغ للبطارية، مكوّناً طبقة واقية مناسبة وذات مقاومة عالية، لا يمكن الحصول عليها مع الإلكتروليتات التقليدية. والمفتاح هو ضبط نسبة المذيب الفلوريدي إلى ملح الليثيوم بدقة بحيث لا تكون طبقة الحماية رقيقة جداً ولا سميكة جداً، فتسمح لأيونات الليثيوم بالتدفق بكفاءة بين الأقطاب خلال الشحن والتفريغ على مدار مئات الدورات. وهذا لا يبدو أنه سيشكل مشكلة.

وإضافةً إلى ذلك، من المزايا الإضافية أن الإلكتروليت الجديد المركب على أساس الفلور منخفض التكلفة لأنه يمكن تصنيعه في خطوة واحدة بنقاء وكفاءة عاليين، ويحتاج إلى مذيبات أقل من الإلكتروليتات التقليدية، وهو ما يعود بالفائدة على البيئة، كما أنه أكثر أماناً لأنه غير قابل للاشتعال.

معلومات ذات صلة

• بطاريات الحالة الصلبة لـ Nissan ستصل في عام 2024
• كم تدوم بطارية السيارات الكهربائية؟
• ستزوّد فورد موستانг ماخ-إي ببطاريات LFP